CN115179818A - 一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法,包括如下步骤:检测车辆钥匙档位,当检测到钥匙档位旋转至ON档时,进入上电检测步骤对上高压进行预检,当预检完成后检测车辆钥匙档位是否被旋转至START档后,在START档位后判断是否满足上高压条件;若满足上高压条件,则由VCU向BMS发上高压指令同时控制氢燃料电堆的启动与否以完成高压上电。本发明的优点在于:基于CAN网络实现上下电各关联控制器的工作控制,完成上下电流程以及氢燃料电堆的控制,控制逻辑合理,控制内容简洁,具有实用性与先进性。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池控制技术领域,特别涉及一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法及系统。
背景技术
寻找绿色、环保的新能源成为的能源成为各种车企重中之重,目前纯电动汽车具有充电时间长、行驶里程短、制造成本高等问题,而氢燃料电池能够克服这些问题外还具有环保性能佳、转化效率高、能量密度高等优势,有希望代替纯电动汽车做为乘用车的代替品,而插电式燃料汽车作为一种过渡方案,控制方式较为复杂,且目前相关的上下电控制策略缺少,无法准确可靠的控制插电式燃料电池汽车的上下电。基于此,本申请提供一种插电式燃料电池汽车上下电控制系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种插电式燃料电池汽车上下电控制系统及方法,用于实现插电式燃料电池汽车上下电控制以满足供电的安全可靠。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法,包括如下步骤:
检测车辆钥匙档位,当检测到钥匙档位旋转至ON档时,进入上电检测步骤对上高压进行预检,当预检完成后检测车辆钥匙档位是否被旋转至START档后,在START档位后判断是否满足上高压条件;若满足上高压条件,则由VCU向BMS 发上高压指令同时控制氢燃料电堆的启动与否以完成高压上电。
在VCU在向BMS发上高压指令的同时,根据车辆的能源工作模式来控制氢燃料控制器FCU的启动与否。
VCU在车辆无故障、动力电池SOC低于设定值时向FCU发出启动指令以控制氢燃料电池系统启动工作。
VCU向BMS发上高压指令后,BMS闭合主负、预充继电器,当检测到电压达到启动阈值电压后,则闭合主正继电器,断开预充继电器;然后VCU向HCM发送主驱、辅驱上电指令,HCM接收到指令后进入预充阶段并在预充完成后,闭合主驱、辅驱继电器;然后VCU给电机MCU发送使能信号和给DCDC发送输出的目标电压,当VCU接收到MCU和DCDC反馈自身状态的信号,电量仪表的READY灯,完成高压上电。
满足上高压条件包括制动踏板被踩下、钥匙档位处于START档位、档位处于N档。
当满足下电条件后VCU向FCU发送停机指令,FCU接收到停止指令后控制 HMS、空压机停止工作,并进行吹扫;同时,VCU请求MCU零扭矩,发送DCDC去使能信号,在FCU、MCU、DCDC反馈自身状态为待机时,VCU向BMS发送下电指令,BMS检测到母线电流小于6A时,断开主负、主正继电器;同时VCU请求MCU 进行主动泄放,最后各控制进行休眠,完成下电流程。
满足下电条件包括钥匙档位旋转至OFF档或整车控制器处于故障状态。
在车辆运行中实时监控是否满足燃料电池停机指令,若满足则立刻控制进入停机状态。
根据车辆故障状态、燃料电池当前状态为运行电状态、纯电模式开关状态、动力电池SOC状态进行判断燃料电堆是否停机,若满足启动条件则VCU向FCU 发送燃料电堆停机指令。
一种插电式燃料电池汽车上下电控制系统,所述系统包括动力电池管理系统BMS、整车控制器VCU、五合一控制器、氢燃料电堆,所述动力电池管理系统 BMS、整车控制器VCU、五合一控制器、氢燃料电堆之间通过CAN通讯连接;所述五合一控制器分别通过高压线连接动力电池管理系统BMS和氢燃料电堆;所述动力电池管理系统BMS、整车控制器VCU、五合一控制器、氢燃料电堆采用如权利要求1-9任一所述的插电式燃料电池汽车上下电控制方法来进行上下电控制。
本发明的优点在于:基于CAN网络实现上下电各关联控制器的工作控制,完成上下电流程以及氢燃料电堆的控制,控制逻辑合理,控制内容简洁,具有实用性与先进性。弥补市场上关于插电式燃料电池汽车控制策略的空白,以VCU 作为整车控制器来进行判断上电流程的条件和工作时序,逻辑清晰,控制流程简洁,氢燃料发动的启动完全根据驾驶员的需要进行启动并通过电堆的蓄电池方式,增加了能量的高效使用,保证实际的续航里程。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明:
图1为本发明控制系统结构原理图;
图2为本发明FCU开机原理示意图;
图3为本发明上下电控制流程图。
具体实施方式
下面对照附图,通过对最优实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明提供了一种插电式燃料汽车的上下电控制方案,结合纯电动汽车和氢燃料电池系统的工作原理,基于车载网络控制各控制器进行工作,从而完成整车的上电流程,控制逻辑合理,控制内容简洁,具有实用性与先进性。具体方案如下:
一种插电式氢燃料电池车上下电控制装置,如图1所示,其中包括动力电池管理系统BMS、整车控制器VCU、五合一控制器、氢燃料电堆,动力电池管理系统BMS、整车控制器VCU、五合一控制器、氢燃料电堆之间通过CAN通讯连接;五合一控制器分别通过高压线连接动力电池管理系统BMS和氢燃料电堆;
在上下电流程中,动力电池管理系统BMS主要负责高压盒内的主正、主负继电器的控制和检测;整车控制器VCU主要负责判断整车影响上电的故障并发送上下电指令和主驱、辅驱闭合指令;五合一包括直流转换器DCDC(24V)、气泵APC、油泵HEPS、电机MCU、五合一控制器HCM;氢燃料电堆包括氢气系统HMS、直流升压DCDC、氢燃料控制器FCU、空压机,各个控制器之间通过500kb的车载CAN进行通讯。
本申请上下电控制原理图如图2、3所示,
上下电控制原理如下:
1、上电流程:
当驾驶员把钥匙档位旋转至ON档,整车由蓄电池提供低压KL15,供唤醒 VCU、BMS、CLM、HCM、FCU等控制器,各个控制器唤醒之后进行初始化并自检,如果出现不可恢复故障,则点亮仪表相应故障灯并把自检的结果发给VCU,由 VCU判断该故障是否影响上高压。
当驾驶把钥匙档位旋转至START档,此时VCU进行判断上高压条件是否满足(上高压条件:制动踏板信号、START信号、档位处于N档),若满足,则向BMS发上高压指令,BMS闭合主负、预充继电器,当检测到电压接近总电压的百分之九十,则闭合主正继电器,断开预充继电器。之后VCU向HCM发送主驱、辅驱上电指令,HCM接收到指令后闭合预充继电器,预充完成后,闭合主驱、辅驱继电器,断开主驱、辅驱继电器,之后VCU给MCU发送使能信号,给DCDC发送使能信号和输出的目标电压,当VCU接收到MCU和DCDC反馈自身状态的信号,电量仪表的READY灯,完成高压上电。
1)燃料电堆启动根据燃料电池非严重故障、氢系统非严重故障等、BMS 非严重故障、燃料电池当前状态为低压上电或者准备就绪状态、纯电模式开关无效、动力电池SOC小于80%,进行判断燃料电堆是否启动,若满足启动条件则 VCU向FCU发送燃料电堆启动指令。
2、下电流程:
当驾驶员把钥匙档位旋转至OFF档或整车控制器发生三级及以上的故障, VCU向FCU发送停机指令,FCU接收到停止指令后控制HMS、空压机停止工作,并进行吹扫,同时,VCU请求MCU零扭矩,发送DCDC去使能信号,在FCU、MCU、 DCDC反馈自身状态为待机时,VCU向BMS发送下电指令,BMS检测到母线电流小于6A时,断开主负、主正继电器,同时VCU请求MCU进行主动泄放,最后各控制进行休眠,完成下电流程。
2)燃料电池停机指令
根据燃料电池严重故障、氢系统严重故障等、BMS严重故障、燃料电池当前状态为运行电状态、纯电模式开关有效、动力电池SOC大于80%(首次进入值,若是低于80%进入,则退出值为85%),进行判断燃料电堆是否停机,若满足启动条件则VCU向FCU发送燃料电堆停机指令。
本发明的有益效果是:弥补市场上关于插电式燃料电池汽车控制策略的空白,以VCU作为整车控制器来进行判断上电流程的条件和工作时序,逻辑清晰,控制流程简洁,氢燃料发动的启动完全根据驾驶员的需要进行启动,并将多余的能量存储于容量五十度的锂电池里,增加了能量的高效使用,保证实际的续航里程。
如图3所示,上电流程:
S201:当驾驶员把钥匙档位旋转至ON档,整车由蓄电池提供低压KL15,供唤醒VCU、BMS、CLM、HCM、FCU等控制器。
S202:各个控制器唤醒之后进行初始化并自检,如果出现不可恢复故障,则点亮仪表相应故障灯并把自检的结果发给VCU,由VCU判断该故障是否影响上高压。
S203:当驾驶把钥匙档位旋转至START档,此时VCU进行判断上高压条件是否满足(上高压条件:制动踏板信号、START信号、档位处于N档)。
S204:VCU向BMS发上高压指令,BMS闭合主负、预充继电器,当检测到电压接近总电压的百分之九十,则闭合主正继电器,断开预充继电器。
S205:VCU向HCM发送主驱、辅驱上电指令,HCM接收到指令后闭合预充继电器,预充完成后,闭合主驱、辅驱继电器,断开主驱、辅驱继电器,之后VCU 给MCU发送使能信号,给DCDC发送使能信号和输出的目标电压。
当VCU接收到MCU和DCDC反馈自身状态的信号,电量仪表的READY灯,完成高压上电。
1)燃料电堆启动指令
根据燃料电池非严重故障、氢系统非严重故障等、BMS非严重故障、燃料电池当前状态为低压上电或者准备就绪状态、纯电模式开关无效、动力电池SOC 小于80%,进行判断燃料电堆是否启动,若满足启动条件则VCU向FCU发送燃料电堆启动指令。
2、下电流程:
S206:当驾驶员把钥匙档位旋转至OFF档或整车控制器发生三级及以上的故障,VCU向FCU发送停机指令。
S207:FCU接收到停止指令后控制HMS、空压机停止工作,并进行吹扫。
S208:VCU请求MCU零扭矩,发送DCDC去使能信号。
S209:在FCU、MCU、DCDC反馈自身状态为待机时,VCU向BMS发送下电指令,BMS检测到母线电流小于6A时,断开主负、主正继电器。
S210:VCU请求MCU进行主动泄放,最后各控制进行休眠,完成下电流程。
2)燃料电池停机指令
根据燃料电池严重故障、氢系统严重故障等、BMS严重故障、燃料电池当前状态为运行电状态、纯电模式开关有效、动力电池SOC大于80%(首次进入值,若是低于80%进入,则退出值为85%),进行判断燃料电堆是否停机,若满足启动条件则VCU向FCU发送燃料电堆停机指令。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于:包括如下步骤:
检测车辆钥匙档位,当检测到钥匙档位旋转至ON档时,进入上电检测步骤对上高压进行预检,当预检完成后检测车辆钥匙档位是否被旋转至START档后,在START档位后判断是否满足上高压条件;若满足上高压条件,则由VCU向BMS发上高压指令同时控制氢燃料电堆的启动与否以完成高压上电。
2.如权利要求1所述的插电式燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于:在VCU在向BMS发上高压指令的同时,根据车辆的能源工作模式来控制氢燃料控制器FCU的启动与否。
3.如权利要求1所述的插电式燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于:VCU在车辆无故障、动力电池SOC低于设定值时向FCU发出启动指令以控制氢燃料电池系统启动工作。
4.如权利要求1所述的一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于:VCU向BMS发上高压指令后,BMS闭合主负、预充继电器,当检测到电压达到启动阈值电压后,则闭合主正继电器,断开预充继电器;然后VCU向HCM发送主驱、辅驱上电指令,HCM接收到指令后进入预充阶段并在预充完成后,闭合主驱、辅驱继电器;然后VCU给电机MCU发送使能信号和给DCDC发送输出的目标电压,当VCU接收到MCU和DCDC反馈自身状态的信号,电量仪表的READY灯,完成高压上电。
5.如权利要求1-4任一所述的一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于:满足上高压条件包括制动踏板被踩下、钥匙档位处于START档位、档位处于N档。
6.如权利要求1-5任一所述的一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于:当满足下电条件后VCU向FCU发送停机指令,FCU接收到停止指令后控制HMS、空压机停止工作,并进行吹扫;同时,VCU请求MCU零扭矩,发送DCDC去使能信号,在FCU、MCU、DCDC反馈自身状态为待机时,VCU向BMS发送下电指令,BMS检测到母线电流小于6A时,断开主负、主正继电器;同时VCU请求MCU进行主动泄放,最后各控制进行休眠,完成下电流程。
7.如权利要求6所述的一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于:满足下电条件包括钥匙档位旋转至OFF档或整车控制器处于故障状态。
8.如权利要求6所述的一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于:在车辆运行中实时监控是否满足燃料电池停机指令,若满足则立刻控制进入停机状态。
9.如权利要求8所述的一种插电式燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于:根据车辆故障状态、燃料电池当前状态为运行电状态、纯电模式开关状态、动力电池SOC状态进行判断燃料电堆是否停机,若满足启动条件则VCU向FCU发送燃料电堆停机指令。
10.一种插电式燃料电池汽车上下电控制系统,其特征在于:所述系统包括动力电池管理系统BMS、整车控制器VCU、五合一控制器、氢燃料电堆,所述动力电池管理系统BMS、整车控制器VCU、五合一控制器、氢燃料电堆之间通过CAN通讯连接;所述五合一控制器分别通过高压线连接动力电池管理系统BMS和氢燃料电堆;所述动力电池管理系统BMS、整车控制器VCU、五合一控制器、氢燃料电堆采用如权利要求1-9任一所述的插电式燃料电池汽车上下电控制方法来进行上下电控制。
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